(57)【要約】【課題】本発明は、ビーム測定ツールに反作用する機械的振動を絶縁するための方法および装置に関する。本発明の目的は、具体的には、小さい変更で標準の測定器を使用可能にし、制約に対する反作用および実際の測定器の特別の弱点を許容する、測定ツールの機械的振動絶縁の新規な改善された方法を提供することである。【解決手段】本発明は、測定器を支持する外部構造、および試料を測定器に対して所期の規定位置に保持して、前記測定器により試料の測定を行うチャックを備えた測定ツールに反作用する、機械的振動に応答する前記位置のオフセットを検出し、前記検出に応答してチャックの位置の能動的修正を実行して、試料と測定器の間の相対変位を相殺する、特に音響雑音に基づく機械的振動の絶縁を提案する。【選択図】図１
2005121645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定器（１）、および試料を前記測定器によって前記試料の測定を行う位置に支持するためのチャックを備えた支持外部構造（２）を含み、前記チャック（４、４１）が少なくとも１つの能動振動絶縁手段（４２、４３）に連結されて、前記試料と前記測定器の間の相対運動を補償することを特徴とする、測定ツールの機械的振動絶縁装置。
【請求項２】
前記チャックおよび前記振動絶縁手段が、相対運動を検出するセンサ手段（１２）を有する制御システムの一部である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記振動絶縁手段が電子制御装置（１１）に接続されて、前記チャックとセンサ手段によって検出された測定ビームの間の相対運動とは独立して前記振動絶縁手段を活動化することによって前記チャックの運動を制御する、請求項１または２のいずれかに記載の装置。
【請求項４】
前記センサ手段が、干渉計、容量測定デバイス、および／または加速度センサ・ユニットを備える、請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記センサ手段がスポット・モード信号を含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記制御システムが開ループ・フィード・フォワード制御システムである、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記能動振動絶縁手段が、変位アクチュエータ（４３）および剛性要素（４２）を備える、請求項１乃至６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記剛性要素が弾性材料を含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記変位アクチュエータが圧電磁器材料を含む、請求項６または７のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記外部構造がさらにステージ（５）を収容し、ステージ（５）上で前記チャックが支持される、請求項１乃至９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記能動振動絶縁手段が、前記チャックと前記外部構造の間、かつ／または前記チャックと前記チャックを支持するための前記外部構造によって収容されたステージとの間に配置される、請求項１乃至１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記支持構造が、真空または大気環境で測定できるように設計されている、請求項１乃至１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記測定器が電子ビーム測定器である、請求項１乃至１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
振動絶縁手段が複数のサブアセンブリを備え、それぞれ複数のサブアセンブリが変位アクチュエータおよび剛性要素を備える、請求項１乃至１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
測定器を支持する外部構造、および試料を前記測定器に対して前記測定器によって前記試料に測定を行う規定位置に保持するチャックを備えた測定器に対して反作用すること、
機械的振動に応答して前記位置の変化を検出すること、および
前記外部支持構造に対して前記チャックの前記位置の能動的修正を実施することによって前記位置の変化を相殺することを含む、
特に音響雑音に基づいて機械的振動を絶縁する方法。
【請求項１６】
前記相対運動が、前記チャックおよび／または前記試料の絶対運動を示す第１のパラメータを検出することによって、かつ前記測定器の絶対運動を示す第２のパラメータを検出することによって決定される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のパラメータおよび前記第２のパラメータを互いから引き算する工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記絶対加速度を、前記第１および／または第２のパラメータとして検出する工程をさらに含む、請求項１６または１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記絶対変位を、前記第１および／または第２のパラメータとして検出する工程をさらに含む、請求項１６、１７、または１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記相対運動が、少なくとも１つのセンサ手段によって測定される、請求項１乃至１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記検出が、前記測定されたパラメータを制御装置にフィードバックして、振動絶縁装置を活動化させて前記相対運動を制御することによってオンラインで実行される、請求項１乃至２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記構造と前記器具の間の剛性相互連結部を提供し、前記器具の絶対加速度をゼロに設定する工程、または前記構造とステージの間の剛性相互連結部を提供して前記チャックを支持し、前記ステージの絶対変位をゼロに設定する工程を含む、請求項１乃至２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
与えられた検出信号の強度の変動によって、構造化され測定され検出された前記器具のビームの変位を測定する工程を含む、請求項１乃至２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
スポット・モード信号を測定する工程を含む、請求項１乃至２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記検出がオフラインで実行される、請求項１乃至２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
チャック（４、４１）および少なくとも１つの制御可能な能動振動絶縁手段（４２、４３）を備える、請求項１乃至１３のいずれかに記載の装置内で使用されるように適合されたスマート・チャック。
【請求項２７】
前記振動絶縁手段が、電子制御装置（１１）に結合すべき圧電磁器（４３）を備える、請求項２６に記載のスマート・チャック。
【請求項２８】
前記振動絶縁手段が、剛性要素（４２）としてエラストマーを含む、請求項２６または２７のいずれかに記載のスマート・チャック。
【請求項２９】
変位アクチュエータが、前記アクチュエータを、ステージまたは相補的連結手段を有する前記外部構造に機械的に連結する連結手段、および前記アクチュエータを、相補的接続手段を有する制御装置に電気的に接続する接続手段を備える、請求項２６、２７または２８のいずれかに記載のスマート・チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定ツール、具体的にはビーム測定ツールに反作用する機械的振動を絶縁するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特にビーム測定ツールを工業生産で使用する場合、具体的には、たとえば電子ビーム測定器を使用する高分解能測定に関して、環境が、組み込まれた測定器に最適でないことが多い。
【０００３】
知られているように、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の原理に基づくこうした電子ビーム測定器は、電子ビームを収束させて、ある種の試料の領域を走査するものである。その結果、試料に衝突する電子ビームのいくつかの反応の結果を検出し、それによって検出された信号の強度を使用して走査した領域の画像を生成することができる。
【０００４】
総称ＳＥＭの他に、電子ビーム測定器は、半導体または一般のマイクロ工学の製造における品質管理ツールとしての役割を専門とすることが多い。チップまたはウェハーなどの試料には、多数の計測点が含まれている。一般に、様々な計測点に作用するため、精巧な機構によって支持された、通常ステージと名付けられたチャックを使用して試料を位置付ける。
【０００５】
こうした測定器の振動絶縁のための主な要件は、こうした測定器が高レベルの妨害にもかかわらず、必要な測定分解能を達成できるようにすることである。
懸念される環境の妨害には、一方では、電子ビームをその所期の経路からそらす電磁妨害があり、他方では、床の振動および／または音響の加振による機械的振動がある。
【０００６】
電磁妨害の他に、床振動による機械的振動は、実際の測定ツールへの支持構造を介して、絶縁層を床からの妨害経路に挿入する従来の振動絶縁の原理によって効果的に低減される場合が多い。
【０００７】
しかし、特に音響加振による機械的振動は、たとえば電子ビーム発生ユニット並びにステージ位置付けユニットにカプセル化真空室を提供する機械的支持構造に、妨害が直接影響を与えるため、より大きい影響をもたらす。通常は実際に、少なくとも電子ビームおよび試料が真空内に封入されている。
【０００８】
さらに、真空室が設けられ、それによって測定を真空で行うことができるようにする支持または外部構造が、音響加振からの絶縁に理想的であるとしても、真空室は通常、単に真空を可能にする機能を持つだけでなく、残念なことに、一方の電子ビームと他方の試料の間の剛性構造も提供する。
【０００９】
しかし、チャックおよび電子ビームを包囲する真空室から機械的に結合を解くために剛性の低い要素の使用を試みることは、試料と室の間の正確な位置付けに関する不利を招き、そのため測定分解能自体に傷害を招くことになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記その他の欠点に対し、本発明の目的は、具体的には、小さい変更で標準の器具を使用可能にし、制約に対する反作用および実際の器具の特別の弱点を許容する、測定ツールの機械的振動絶縁の新規の改善された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の解決法は、驚くことに、それぞれ独立クレームによる特徴を含む主題によって得られる。
有利な、かつ／または好ましい実施形態または発展形態は、それぞれ従属クレームの主題である。
【００１２】
したがって、本発明は、測定器を支持する外部構造、および試料を測定器に対して所期の規定位置に保持して、前記測定器により試料の測定を行うチャックを備えた測定ツールに反作用し、機械的振動に応答する前記位置のオフセットを検出し、前記検出に応答してチャックの位置の能動的修正を実施して、試料と測定器の間の相対変位を相殺する、特に音響に基づく機械的振動の絶縁を提案する。
【００１３】
さらに、本発明は、測定器、および試料を前記測定器によって試料の測定を行う規定位置に保持するチャックのための支持構造を備え、チャックを制御可能な能動位置変位手段に結合して、試料と測定器の間の相対変位を相殺する、測定ツールの機械的振動絶縁の同様に設計された装置を提案する。
【００１４】
非常に有利な実施形態によれば、本発明の装置の外部構造は真空室として設計され、本発明は、測定プロセスが真空で行われることを利用するものである。
【００１５】
こうしたオフセットを簡単に検出するため、本発明は、チャックおよび／または測定器の運動を示す少なくとも１つのパラメータを測定し、それに基づいて、所期の規定位置に対する試料と測定器の間の相対変位を、具体的にはチャックの位置の前記能動的修正を実施するように適合された制御システムによって計算することを示唆する。
【００１６】
不当な修正をせずに、本発明を様々な特定の所与の実際の応用例に適用するには、少なくとも１つの測定されたパラメータを制御システムにフィードバックして、チャックの前記能動位置修正を直接実施することによって、検出をオンラインで行うことができる他に、少なくとも１つの測定されたパラメータをオープン・フィード・フォワード制御システムに送って、必要な能動位置修正の実施を調整することによって、オフラインで行うこともできる。
【００１７】
さらなる利点として、本発明は、少なくとも１つのパラメータの測定を複数の異なる方法で行うことができるため、所与の構成の特定の特徴に応じて、それぞれ最適化を実現することができる。
【００１８】
第１の実施形態では、好ましくは容量測定デバイスまたは干渉計を使用して、チャックと測定器の間の相対変位を直接測定する。この点に関して、チャックにおける第１の計測点および測定器の遠端における第２の計測点を画定して、市販の測定センサであっても、相対変位の最も正確な測定が簡単に達成されることをさらに示唆する。
【００１９】
代替実施形態では、それぞれ支持構造など基準の共通点に対するチャックの変位および測定器の変位を測定し、次いでオフセットを計算するために互いから引き算する。
さらなる代替実施形態または追加として、すなわち変位を測定する代わりに、またはそれに加えて、チャックおよび／または測定器の加速度を示す少なくとも１つのパラメータを測定する。これは、実質的に任意の標準の加速度センサを使用して実際に実施することができる。
【００２０】
さらなる有利な改良により、構造と測定器、または構造とチャックを支持するステージとの間の剛性の相互連結部を提供して、著しい欠点をもたらさずに、測定器またはそれぞれチャックの運動の測定を無視できるようにすることを提案する。
【００２１】
さらなる好ましい開発によれば、本発明は、計算の代わりに、測定器のビームと試料の間の変位を直接測定する工程を含む。この点に関しては、スポット・モード信号を構造化測定に有用に与えて、試料上のビームの運動による、与えられた信号の強度の変動によって変位を検出する。
【００２２】
その結果、提案した本発明の装置は、チャックおよび制御可能な能動位置変位手段が、変位および／または加速度を検出するセンサ手段を有する制御システムの一部である点で有利に設計されている。
【００２３】
実際には、能動位置変位手段を制御システムの制御装置に接続して、与えられたセンサ出力信号に応じて、それぞれ位置変位手段を活動化することによって、チャックの運動を制御する。
【００２４】
直接の非常に柔軟性のある能動位置操作を可能にするため、位置変位手段は、それぞれ変位アクチュエータおよび剛性要素を有する、間隔を置いて配置された複数のサブアセンブリを備えることが好ましい。
【００２５】
本発明を簡単に実施するため、具体的にはチャックの位置を簡単に操作するため、能動位置変位手段をチャックと外部構造の間、または、ステージがチャックを支持する外部構造に含まれている場合は、チャックとステージの間に配置することをさらに提案する。
【００２６】
チャックの運動の相殺を正確に実施するため、好ましくは、変位アクチュエータがステージまたは外部構造に連結され、剛性要素がチャックに連結された状態で、能動位置変位手段を、変位アクチュエータに取り付けた剛性要素と組み合わせた変位アクチュエータによって形成する。
【００２７】
本発明はさらに、圧電要素を使用して変位アクチュエータを実現することを提案する。圧電要素には、具体的には圧電磁器材料が含まれ、この圧電磁器材料は、それぞれ制御電流または電圧を加えて、変位アクチュエータの規定の膨張、収縮、屈曲、かつ／または剪断作用を生じさせることによって、操作することができる。
剛性要素は、実際には、弾性材料を含む。
【００２８】
本発明はさらに、チャックに取り付けられた能動変位アクチュエータを有するチャックを備え、上記の装置内で使用されるように設計されたスマート・チャック・デバイスを包含する。
【００２９】
実際には、こうしたスマート・チャック・デバイスの変位アクチュエータは、アクチュエータを、相補的連結手段を有するステージまたは外部構造に機械的に連結する連結手段、およびアクチュエータを相補的接続手段を有する制御装置に電気的に接続する接続手段を備える。
【００３０】
したがって、本発明は、一体式振動絶縁の新規な改良された手法を包含するものであり、特に、最先端の電子ビーム測定器の今日の振動の問題への解決法として適したものである。具体的には、こうした測定器で測定プロセスが真空で実行されることを利用する。そういうものとして、本発明の手法では、他の測定器にも真空での測定プロセスが適用される。しかし、本発明の手法は、従来の振動絶縁効果がわずかに低減されるとしても、大気での測定にも十分使用することができる。
【００３１】
本発明を、好ましいものであるが例示の実施形態に関して添付の図面に基づいて、以下でさらに詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、本発明の好ましい実施形態をより詳細に参照すると、例示の最先端の電子ビーム測定ツールの簡略化モデルが図５で概略的に示してある。
【００３３】
図５では、外部構造２は真空室を形成し、電子ビーム測定器または電子ビーム柱１を支持している。真空室２および電子ビーム柱１は、有限の構造的剛性を持つ本体を形成する。ステージ５は、室２内に配置され、チャック７を位置付けする働きをし、チャック７は、ビームに対して試料を保持し、集束した電子ビーム３で試料の領域を走査して、所与の点で試料に衝突する電子ビーム３のいくつかの反作用の結果を検出し、それによって検出した信号の強度を使用して走査された領域の画像を生成することができる。
【００３４】
ゆえに、チャック７、したがって試料を位置付けするために通常使用されるステージ５は、ビームの下で試料を移動させて、それぞれ一定の所与の計測点を選択することによって、様々な所与の計測点に作用するための精巧な機構として作成されたものと考えられる。
【００３５】
実際の測定中、ステージ７は、電子ビーム３に対して位置を固定しなければならない。構造全体の屈曲による試料と電子ビーム３の間の相対運動または変位は全て、測定分解能を制限してしまう。しかし実際の状況では、真空室２および電子ビーム柱１の構造は、機械的振動によって励振される。床振動による機械的振動は従来の振動絶縁の原理によって効果的に低減できる場合が多いとしても、少なくとも矢印６で示した構造における周囲の音響雑音による振動は、なおステージ５およびチャック７に伝達される。その結果、構造の屈曲によって、所期の位置合せした位置に関してオフセットが生じ、すなわち電子ビーム３と試料の間の相対変位が生じる。
【００３６】
こうした最先端の構成との比較において、図１は、本発明によるスマート・チャック４を備えた電子ビーム測定器１の簡略化構成モデルを示す。スマート・チャック４はチャック４１を備える。チャック４１は標準のチャック７と同様であるが、チャック４１に取り付けられた小さい制御可能な能動位置変位手段または能動振動絶縁手段４２、４３によって改良されており、こうした能動位置変位手段または能動振動絶縁手段４２、４３のサブアセンブリ部分を示す図２でより詳細に表されている。
【００３７】
それぞれ測定ツールの特定の用途または所与の構造に応じて、位置変位または振動絶縁手段４２、４３は、互いに間隔を置いて配置されて、好ましくは全自由度で、直接かつ可撓性の能動振動絶縁または位置修正を可能にする複数のこうしたサブアセンブリを備えることができることを述べる必要がある。
【００３８】
したがって、位置変位または振動絶縁手段４２、４３の各サブアセンブリ部分は、柱、真空室２、およびステージ５の屈曲の結果としてのステージ５と電子ビーム３の間の相対運動が本質的に吸収または低減されて、チャック４１が電子ビーム３に対して低減された相対運動しか行わないように、真空室２およびステージ５が膨張、収縮、屈曲、かつ／または剪断されるように設計されている。
【００３９】
好ましい一実施形態によれば、本発明のスマート・チャックの能動振動絶縁装置は、変位アクチュエータ４３と剛性要素４２の組合せとして働く。制御可能な膨張、収縮、屈曲、かつ／または剪断作用をもたらすため、変位アクチュエータ４２ごとに、それに加えられる規定の制御電流または電圧を制御可能な機械的エネルギに変換することができる圧電磁器材料を使用することが示唆される。チャック４１の方向に減衰をもたらす剛性要素４２は、たとえば弾性材料で実現される。
【００４０】
したがって、本発明のスマート・チャック４は、たとえば図３で示したように、制御システムの一部であることが提案される。制御システムは、以下でより詳細に説明するように、相対変位「デルタＸ」および／または電子ビーム３と試料、したがってチャック４１との間の相対運動を確認するための少なくとも１つの検出要素１２を備える。図３による好ましいオンライン制御システムでは、出力信号または少なくとも１つの検出要素１２の信号を電子制御装置１１の入力としてフィードバックして、確認された相対変位「デルタＸ」および／または相対運動を吸収し、次いでそれに応じてそれぞれサブアセンブリ、または位置変位あるいは振動絶縁手段４２、４３のサブアセンブリを活動化させるために必要なチャック４１の位置変位を計算する。
【００４１】
特定の好ましいシステムの変形形態に関して、より詳細には、検出要素１２、具体的にはデルタＸセンサには、様々な解決法が可能であることを述べる必要がある。構造の特性、デルタＸセンサ信号として使用することができる信号を提供するすでに入手可能なセンサ・デバイス、振動絶縁要件、および所与の測定器の他の制約にしたがって、好ましくは以下の様々な可能な代替実施形態を選択しなければならない。
【００４２】
違いを示すために、図４による簡略化した機械的モデルを導入する。この図は、一般の態様のＳｍａｒｔ  Ｃｈｕｃｋの概念と組み合わせた真空室、電子ビーム柱、およびステージの動的状態を示すものである。
【００４３】
図４から分かるように、この機械的モデルは、実質的に４つの本体および２つの剛性部からなる。真空室２および電子ビーム柱１の機械的構造は、２つのマス・システムとして表すことができ、この２つのマスは、剛性部によって接合されている。したがって、外部の励振力による柱と室の間の相対運動が可能である。
【００４４】
ステージ５は、さらなる剛性部によって室２に取り付けられた他の本体で示してある。
したがって、相対運動は、室２とステージ５の間で可能である。第４の本体は、本発明の能動絶縁装置４２、４３によってステージ５に取り付けられたスマート・チャック４である。デルタＸと呼ばれる試料とビームの間の相対変位は、チャック４の絶対変位から柱またはｘ１〜ｘ２の絶対変位を引き算したもので表すことができる。
【００４５】
上記の最も単純な手法の結果は、チャック４と柱（ｘ１〜ｘ２）の間の相対変位であり、スマート・チャックのための制御システムへの入力として使用される。このため、干渉計または容量測定デバイスを、特定の環境状態または制約に応じて使用することができる。
【００４６】
最も正確にするには、真空室２内のスマート・チャック４と柱の頂端の相対変位を使用しなければならない。この２つの位置は、互いに比較的離れているため、容量センサを常に使用できるわけではない。さらに、チャックと柱の頂端の間の光路が保証されていないために、簡単に距離を克服することができる干渉計も常に使用できるわけではない。
【００４７】
相対変位の代わりに、またはそれに加えて、相対加速度を測定することもできる。
ここで、２つの独立した加速度センサを最適の位置に取り付けることを示唆する。２つの絶対加速度信号の比較によって、相対加速度がもたらされる。
【００４８】
室および柱の構造の剛性が、室に取り付けられたステージの構造よりも高い場合は、上記に記載した原理を簡単にすることができる。この場合、図４に関して、ａ１と比較してａ２は小さく、無視することができる。したがって、絶対加速度が測定され、または決定される。
【００４９】
状況によっては、構造の定位置で運動を測定して試料とビームの間の相対運動を推定する代わりに、実際に試料とビームの間の相対運動を直接測定することが必要とされることもある。これは、スポット・モード測定方法で行うことができる。この場合、測定される構造上のビームの変位は、好ましくは、試料上のビームの運動による検出信号の強度の変動によって検出される。この方法は、測定プロセス中には適用することができず、オフライン位置合せプロセスとしてのみ適用できるため、開ループ・フィード・フォワード制御は、スポット・モード信号の助けで調整される頂部を使用することが必要である。
【００５０】
このバージョンは、ステージの構造の剛性が室および柱の構造よりも高い場合に特に有用である。この場合、ａ２と比較してａ１は小さく、無視することができる。しかし、柱の構造の屈曲により、電子ビームの発生点と試料の間の相対変位が生じる他に、電磁レンズの間の相対変位も生じる。その結果、電磁収束もたわみによる影響を受ける。しかし、様々な機械的影響と電子光学の影響が組み合わされたものの計算は、通常、非常にむずかしいものである。したがって、スポット・モード信号の測定は、便利な解決法を提供する。
【００５１】
当業者には明らかであるように、上記の一体式振動絶縁電子ビーム測定器の新規な本発明の手法は、頭記の特許請求の範囲で定義された保護の範囲から逸脱することなく、いくつかの特定の状態に適合させることができる。本発明の概念は、小さい変更を加えた標準の測定器を使用することができるようにする。制御システムの入力としての様々なセンサ信号の柔軟性により、実際の測定器の制約および特別の弱点に対応することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明によるスマート・チャックを備えた電子ビーム測定器の簡略化した構成モデルを示す図である。
【図２】本発明によるスマート・チャックのための能動振動絶縁装置のサブアセンブリを示す概略図である。
【図３】スマート・チャックのための制御システムの主な構成要素を示す概略図である。
【図４】電子ビーム測定の動的システムの簡単な機械的モデルを示す図である。
【図５】最先端の電子ビーム測定器の簡略化した構成モデルを示す図である、
【図１】
2005121645.tif 000003
【図２】
2005121645.tif 000004
【図３】
2005121645.tif 000005
【図４】
2005121645.tif 000006
【図５】
2005121645.tif 000007